DE102017220232A1

DE102017220232A1 - Dünne, sekundäre Miniaturzelle mit metallischem, mittels eines Kunststoffdeckels verschlossenem Gehäuse und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE102017220232A1
Application number: DE102017220232.7A
Authority: DE
Inventors: Andreas Gaugler; Konrad Holl; Mario Wroblewski
Original assignee: VW VM Forschungs GmbH and Co KG
Current assignee: VARTA Microbattery GmbH; VW Kraftwerk GmbH
Priority date: 2017-11-14
Filing date: 2017-11-14
Publication date: 2019-05-16

Abstract

Eine sekundäre Miniaturbatterie (100) mit einer Nennkapazität ≤ 1000 mAh umfasst ein flüssigkeitsdicht verschlossenes Gehäuse (101) mit zwei parallel zueinander angeordneten Basisteilen (102, 103) und vier die beiden Basisteile (102, 103) verbindenden Seitenteilen (104, 105, 106, 107). Der kürzeste Abstand zwischen einem Punkt auf der Außenseite des ersten Basisteils (102) und einem Punkt auf der Außenseite des zweiten Basisteils (103) beträgt lediglich 1,5 mm bis 5 mm. In dem Gehäuse (101) ist eine elektrochemische Zelle (108) mit einer positiven Elektrode (109) und einer negativen Elektrode (110) angeordnet, an die ein erster elektrischer Leiter (111) und/oder ein zweiter elektrischer Leiter (112) angebunden sind. Eines der Seitenteile (106) ist als Kunststoffteil ausgebildet und mit den an es angrenzenden, aus einem Metall oder aus einer Metalllegierung bestehenden Gehäuseteilen (102, 103, 104, 105) stoffschlüssig verbunden. Der erste elektrische Leiter (111) und/oder der zweite elektrische Leiter (112) sind durch das als Kunststoffteil ausgebildete Seitenteil (106) aus dem Gehäuse (101) herausgeführt. Bei der Herstellung der Miniaturbatterie (100) werden zur Bildung des als Kunststoffteil ausgebildeten Seitenteils (106) der erste elektrische Leiter (111) und/oder der zweite elektrische Leiter (112) derart in einem Werkzeug positioniert, dass ein nicht endständiger Abschnitt (111a, 112a) des oder der Leiter (111, 112) mit einem Kunststoff oder einem Kunststoffvorläufer in Kontakt tritt und von diesem umschlossen wird, wobei zwei endständige Abschnitte (111b, 111c; 112b, 112c) des oder der Leiter (111, 112) nicht mit dem Kunststoff oder dem Kunststoffvorläufer in Kontakt treten. Nach Bildung einer elektrischen Verbindung zwischen der positiven Elektrode (109) und/oder der negativen Elektrode (110) einer elektrochemischen Zelle (108) und dem ersten elektrischen Leiter (111) und/oder dem zweiten elektrischen Leiter (112) wird die Zelle (108) in ein offenes Gehäuse (113) eingesetzt. Zum Verschließen des offenen Gehäuses (113) wird das als Kunststoffteil ausgebildeten Seitenteil (106) mit den an es angrenzenden, aus dem Metall oder aus der Metalllegierung bestehenden Gehäuseteilen (102, 103, 104, 105) stoffschlüssig verbunden.

Description

Die nachfolgend beschriebene Erfindung betrifft eine dünne sekundäre Miniaturbatterie mit einer Nennkapazität ≤ 1000 mAh und ihre Herstellung.
Der Begriff „Batterie“ meinte ursprünglich mehrere in Serie geschaltete galvanische Zellen. Heute werden jedoch auch einzelne galvanische Zellen (Einzelzellen) häufig als Batterie bezeichnet. Dies wird auch vorliegend so gehandhabt.
Batterien lassen sich anhand ihrer Nennkapazität unterteilen. Die Nennkapazität ist die vom Hersteller unter festgelegten Entladebedingungen zugesicherte, einer Batterie entnehmbare Energiemenge. Gewöhnlich wird sie in Amperestunden (Ah) oder Milliamperestunden (mAh) angegeben. Aus der Nennkapazität lässt sich ableiten, über welchen Zeitraum ein Entladestrom unter den festgelegten Entladebedingungen bis zum Erreichen der Entladeschlussspannung einer Batterie entnommen werden kann. Hat beispielsweise eine sekundäre (wieder aufladbare) Batterie eine Nennkapazität von 1800 mAh, so kann sie unter Beachtung der genannten Entladebedingungen beispielsweise über einen Zeitraum von 9 Stunden einen Strom von 200 mA abgeben. Batterien mit einer Nennkapazität ≤ 1000 mAh werden vorliegend als Miniaturbatterien bezeichnet.
Eine sehr bekannte Ausführungsform einer Miniaturbatterie ist die Knopfzelle. Eine Knopfzelle weist üblicherweise ein Gehäuse auf, dessen Höhe kleiner als sein Durchmesser ist und das eine positive und eine negative Elektrode einschließt. In der Regel weist das Gehäuse eine zylindrische Geometrie auf. In dem Gehäuse können unterschiedliche elektrochemische Systeme enthalten sein. Sehr verbreitet sind Knopfzellen auf Basis von Zink/Luft, Zink/MnO₂ und Nickel/Zink. Auch sekundäre Systeme, z.B. auf Basis von Nickel/Metallhydrid, Nickel/Cadmium oder auf Basis von Lithium-Ionen, sind sehr verbreitet.
Das Gehäuse von Knopfzellen besteht in aller Regel aus zwei Gehäuseteilen, dem Zellenbecher und dem Zellendeckel, zwischen denen eine elektrisch isolierende Dichtung angeordnet ist. In der Regel steht der Zellenbecher in elektrischer Verbindung mit der positiven Elektrode und ist entsprechend positiv gepolt. Der Zellendeckel steht üblicherweise in elektrischer Verbindung mit der negativen Elektrode und ist entsprechend negativ gepolt. Die Dichtung soll einen elektrischen Kontakt zwischen den entgegengesetzt gepolten Gehäusehalbteilen unterbinden. Darüber hinaus soll sie einem Entweichen und auch einem Eindringen von Flüssigkeit oder Gasen aus dem oder in das Gehäuse entgegenwirken.
Miniaturbatterien werden für eine Vielzahl von portablen elektronischen Kleingeräten benötigt. Der Einsatz von Miniaturbatterien in Knopfzellenform ist aufgrund ihrer zylindrischen Form aber häufig nicht optimal. Viele Kleingeräte haben ein prismatisches Design, der für die Miniaturbatterie zur Verfügung stehende Raum weist daher auch eine prismatische Geometrie auf. Die bei Verwendung zylindrischer Knopfzellen entstehenden Totvolumina können nur schwer ausgenutzt werden. Daher werden an Stelle von Knopfzellen oft auch Pouchzellen verwendet.
Pouchzellen enthalten mindestens einen Verbund aus flachen Elektroden- und Separatorschichten. Dieser wird von einem aus zwei flexiblen Gehäusefolien gebildeten Gehäuse umschlossen. Als Gehäusefolien eignen sich insbesondere mehrlagige Verbundfolien mit einer beidseitig von Kunststofflagen umgebenen Lage aus Aluminium. Ein Beispiel hierfür ist eine mehrlagige Verbundfolie mit der Sequenz Polyamid / Aluminium / Polyethylen. Zur Bildung des Gehäuses werden die Gehäusefolien an ihren Rändern miteinander verbunden, beispielsweise durch Verklebung oder Verschweißung. Hierbei entsteht allerdings ein relativ breiter Siegelbereich, der zu Lasten der volumetrischen Energiedichte von Pouchzellen geht.
Wünschenswert wären daher Knopfzellen mit „prismatischem Design“, also beispielsweise quaderförmige Knopfzellen. Diese könnten die in portablen elektronischen Kleingeräten zur Verfügung stehenden Volumina optimal ausnutzen. Die Herstellung solcher Knopfzellen scheiterte jedoch bislang an produktionstechnischen Problemen. Als kritischer Punkt erwies sich insbesondere ihr flüssigkeitsdichter Verschluss. Klassisch werden Knopfzellen bekanntlich meist durch einen Bördelprozess verschlossen, bei dem die Gehäuseteile einer Knopfzelle formschlüssig miteinander verbunden werden. In der Regel wird dabei ein Zellendeckel mitsamt einer elektrisch isolierenden umlaufenden Dichtung in einen Zellenbecher eingeschoben, dessen Rand anschließend radial nach innen umgebogen wird. Hierbei wird die Dichtung gegen den Zellendeckel gepresst, woraus der gewünschte flüssigkeitsdichte Verschluss resultiert. Allerdings wirken bei diesem Vorgang erhebliche axiale mechanische Kräfte auf die Gehäuseteile. Während zylindrische Gehäuseteile auch bei geringen Wandstärken solchen Kräften gegenüber sehr stabil sind, treten bei Gehäuseteilen mit nicht gebogenen Seitenwänden in Teilbereichen leicht unerwünschte Deformationen auf.
Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Miniaturbatterie bereitzustellen, die den räumlichen Anforderungen in portablen elektronischen Kleingeräten besser gerecht wird als die bekannten Knopf- und Pouchzellen.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung eine Miniaturbatterie mit den in Anspruch 1 genannten Merkmalen sowie ein Verfahren mit den in Anspruch 8 genannten Merkmalen vor.
Die erfindungsgemäße Miniaturbatterie ist wiederaufladbar, es handelt sich also um eine sekundäre Batterie. Sie weist stets die folgenden Merkmale auf:

• Sie umfasst ein flüssigkeitsdicht verschlossenes Gehäuse.
• Das Gehäuse umfasst als Gehäuseteile ein erstes und ein zweites Basisteil.
• Die beiden Basisteile weisen jeweils eine ins Innere des Gehäuses gerichtete Innenseite und eine nach außen weisende Außenseite auf.
• Die beiden Basisteile sind parallel zueinander angeordnet.

Darüber hinaus zeichnet sie sich die erfindungsgemäße Miniaturbatterie stets durch die folgenden Merkmale aus:

• Das Gehäuse umfasst als Gehäuseteile vier die beiden Basisteile verbindende Seitenteile.
• Jedes der Seitenteile weist eine ins Innere des Gehäuses gerichtete Innenseite und eine nach außen weisende Außenseite auf.
• Jedes der Seitenteile grenzt unmittelbar an das erste und das zweite Basisteil an, ist bevorzugt sogar mit diesen jeweils über eine gemeinsame Kante verbunden.
• Jedem der Seitenteile sind zwei unmittelbar angrenzende Seitenteile zugeordnet, mit denen es bevorzugt jeweils über eine gemeinsame Kante verbunden ist.
• Jedem der Seitenteile ist ein nicht unmittelbar angrenzendes Seitenteil zugeordnet, das parallel zu ihm angeordnet ist.

Bei der erfindungsgemäßen Miniaturbatterie handelt es sich um eine sehr schmale Batterie. Der kürzeste Abstand zwischen einem Punkt auf der Außenseite des ersten Basisteils und einem Punkt auf der Außenseite des zweiten Basisteils liegt im Bereich von lediglich 1,5 mm bis 5 mm. Der kürzeste Abstand zwischen einem Punkt auf der Außenseite eines Seitenteils und einem Punkt auf der Außenseite des dazu parallel angeordneten Seitenteils ist im Vergleich größer. Der Abstand liegt hier bevorzugt im Bereich von 10 mm bis 100 mm.
Die Nennkapazität der erfindungsgemäßen Batterie beträgt in der Regel maximal 1000 mAh. Bevorzugt liegt die Nennkapazität im Bereich von 100 mAh bis 1000 mAh, besonders bevorzugt im Bereich von 100 bis 800 mAh.
In der Europäischen Union sind Herstellerangaben zu Angaben betreffend die Nennkapazitäten von sekundären Batterien streng reglementiert. So haben etwa Angaben zur Nennkapazität von sekundären Nickel-Cadmium-Batterien auf Messungen gemäß den Normen IEC/EN 61951-1 und IEC/EN 60622, Angaben zur Nennkapazität von sekundären Nickel-Metallhydrid-Batterien auf Messungen gemäß der Norm IEC/EN 61951-2, Angaben zur Nennkapazität von sekundären Lithium-Batterien auf Messungen gemäß der Norm IEC/EN 61960 und Angaben zur Nennkapazität von sekundären Blei-Säure-Batterien auf Messungen gemäß der Norm IEC/EN 61056-1 zu basieren. Jegliche Angaben zu Nennkapazitäten in der vorliegenden Anmeldung basieren bevorzugt ebenfalls auf diesen Normen.
Besonders zeichnet sich die die erfindungsgemäße Miniaturbatterie durch die folgenden Merkmale aus:

• in dem Gehäuse ist eine elektrochemische Zelle mit einer positiven Elektrode und einer negativen Elektrode angeordnet,
• die Miniaturbatterie umfasst einen ersten elektrischen Leiter, der elektrisch mit der positiven Elektrode verbunden ist,
• die Miniaturbatterie umfasst einen zweiten elektrischen Leiter, der elektrisch mit der negativen Elektrode verbunden ist,
• eines der Seitenteile ist als Kunststoffteil ausgebildet und mit den an es angrenzenden Gehäuseteilen stoffschlüssig verbunden,
• die an das als Kunststoffteil ausgebildete Seitenteil angrenzenden Gehäuseteile bestehen (alle) aus einem Metall oder aus einer Metalllegierung,
• der erste und/oder der zweite elektrische Leiter ist oder sind durch das als Kunststoffteil ausgebildete Seitenteil aus dem Gehäuse herausgeführt.

Der stoffschlüssige Verbund des als Kunststoffteil ausgebildeten Seitenteils mit den an es angrenzenden Gehäuseteilen gewährleistet den flüssigkeitsdichten Verschluss des Gehäuses, ohne dass es hierfür zwingend des eingangs erwähnten Bördelprozesses bedarf. Das Gehäuse der erfindungsgemäßen Miniaturbatterie ist bevorzugt bördelfrei verschlossen.
Es ist bevorzugt, dass der erste und der zweite elektrische Leiter beide durch das als Kunststoffteil ausgebildete Seitenteil aus dem Gehäuse herausgeführt sind. Allerdings ist es auch möglich, dass einer der beiden Leiter durch das zu dem als Kunststoffteil ausgebildeten Seitenteil parallel angeordnete Seitenteil aus dem Gehäuseteil herausgeführt ist. Dieses parallel angeordnete Seitenteil sollte dann ebenfalls aus Kunststoff ausgebildet sein.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform ist einer der elektrischen Leiter durch das als Kunststoffteil ausgebildete Seitenteil aus dem Gehäuse herausgeführt, während der andere elektrische Leiter mit einem der aus dem Metall oder der Metalllegierung bestehenden Gehäuseteile elektrisch verbunden ist. In diesem Fall dient also das Gehäuse bzw. ein Teil des Gehäuses selbst als Batteriepol.
Wie sich den obigen Ausführungen bereits implizit entnehmen lässt, weist das Gehäuse bevorzugt eine prismatische Geometrie auf. Besonders bevorzugt ist es quaderförmig ausgebildet.
In bevorzugten Ausführungsformen zeichnet sich die erfindungsgemäße Miniaturbatterie durch mindestens eines der folgenden zusätzlichen Merkmale aus:

• Die beiden Basisteile und drei der Seitenteile sind aus dem Metall oder der Metalllegierung ausgebildet.
• Die beiden Basisteile sind jeweils rechteckig ausgebildet und weisen jeweils eine Länge im Bereich von 20 mm und 100 mm und eine Breite im Bereich von 10 mm bis 100 mm auf. In besonders bevorzugten Ausführungsformen sind die Abmessungen der beiden Basisteile identisch.
• Die beiden Basisteile weisen jeweils eine bevorzugt im Wesentlichen gleichmäßige Dicke im Bereich von 0,05 bis 0,4 mm auf. In besonders bevorzugten Ausführungsformen ist die Dicke der beiden Basisteile identisch.
• Die drei Seitenteile sind rechteckig ausgebildet und weisen jeweils eine Länge im Bereich von 10 mm bis 100 mm und eine Breite im Bereich von 1,5 mm bis 5 mm auf.
• Die drei Seitenteile weisen jeweils eine bevorzugt im Wesentlichen gleichmäßige Dicke im Bereich von 0,05 bis 0,5 mm auf. In einigen bevorzugten Ausführungsformen ist die Dicke der drei Seitenteile identisch.
• Die aus dem Metall oder der Metalllegierung ausgebildeten Basisteile und Seitenteile des Gehäuses bilden einen prismatischen Gehäusebecher mit einer rechteckigen Öffnung, die durch das als Kunststoffteil ausgebildete Seitenteil verschlossen ist.

Die unmittelbar vorstehend angeführten zusätzlichen Merkmale können grundsätzlich unabhängig voneinander verwirklicht sein, besonders bevorzugt sind sie allerdings in Kombination miteinander verwirklicht.
Die Abmessungen der drei Seitenteile können identisch sein, müssen aber nicht. Wie implizit aus obigen Ausführungen hervorgeht, sind von den drei Seitenteilen aus dem Metall oder der Metalllegierung zwei parallel zueinander angeordnet. Bei diesen sind die Abmessungen bevorzugt identisch, die Abmessungen des dritten Seitenteils weichen jedoch ab. So können beispielsweise die beiden parallel zueinander angeordneten Seitenteile eine Länge im Bereich von 10 mm bis 100 mm und eine Breite im Bereich von 1,5 mm bis 5 mm aufweisen während das dritte Seitenteil eine Länge von 20 mm bis 100 mm und eine Breite im Bereich von 1,5 mm bis 5 mm aufweist. Umgekehrt können die beiden parallel zueinander angeordneten Seitenteile eine Länge im Bereich von 20 mm bis 100 mm und eine Breite im Bereich von 1,5 mm bis 5 mm aufweisen, während das dritte Seitenteil eine Länge im Bereich von 10 mm bis 100 mm und eine Breite im Bereich von 1,5 mm bis 5 mm aufweist.
Analoges gilt für die Dicke der Seitenteile. Übersteigen die Abmessungen des dritten Seitenteils die der beiden anderen Seitenteile, so ist es bevorzugt, dass das dritte Seitenteil eine Dicke im Bereich von 0,05 bis 0,5 mm aufweist während die beiden anderen Seitenteile eine Dicke im Bereich von 0,1 bis 0,5 mm aufweist. Im umgekehrten Fall weist das dritte Seitenteil bevorzugt eine Dicke im Bereich von 0,1 bis 0,5 mm auf während die beiden anderen Seitenteile eine Dicke im Bereich von 0,05 bis 0,5 mm aufweisen.
Die aus dem Metall oder der Metalllegierung ausgebildeten Basisteile und Seitenteile des Gehäuses sind bevorzugt aus metallischen Materialien wie Aluminium, Aluminiumlegierungen, Stahl oder vernickeltem Stahl. Weiterhin geeignet sind insbesondere auch Trimetalle, beispielsweise mit der Abfolge Nickel, Stahl und Kupfer (von außen nach innen). Aluminium und Aluminiumlegierungen sind besonders als Gehäusematerial für Lithium-Ionen-Batterien geeignet.
Der prismatische Gehäusebecher kann durch einen Tiefziehprozess gebildet werden. Es ist aber auch möglich, einzelne Basis- und Seitenteile zu dem prismatischen Gehäusebecher zu verschweißen.
Bei der in dem Gehäuse der erfindungsgemäßen Miniaturbatterie angeordneten elektrochemischen Zelle kann es sich insbesondere um eine Nickel-Cadmium-Zelle, eine Nickel-Metallhydrid-Zelle oder eine Lithium-Ionen-Zelle handeln.
Besonders bevorzugt ist in dem Innenraum mindestens eine Einzelzelle auf Lithium-Ionen-Basis angeordnet. Die Elektroden von Einzelzellen auf Lithium-Ionen-Basis liegen bevorzugt schichtförmig vor. Gemeinsam mit mindestens einem schichtförmigen Separator bilden sie einen Verbund aus flachen Elektroden- und Separatorschichten. Besonders bevorzugt umfasst die erfindungsgemäße Miniaturbatterie mindestens einen solchen Verbund. Der Verbund kann spiralförmig aufgewickelt sein. Vorliegend ist es allerdings in den meisten Ausführungsformen bevorzugt, dass die Elektroden und der mindestens eine Separator flach aufeinander gestapelt sind. Gegebenenfalls können in dem Innenraum auch mehrere Einzelzellen auf Lithium-Ionen-Basis, die jeweils aus schichtförmigen, flach aufeinander gestapelten Elektroden und Separatoren bestehen, aufeinander gestapelt vorliegen.
Die Elektroden der elektrochemischen Zelle, insbesondere der Einzelzelle auf Lithium-Ionen-Basis, umfassen in bevorzugten Ausführungsformen metallische Stromkollektoren, die meist in Form von Folien, Netzen, Gittern, Schäumen, Vliesen oder Filzen vorliegen. Im Fall der positiven Elektrode der Einzelzelle auf Lithium-Ionen-Basis werden als Stromkollektoren meist Netze oder Folien aus Aluminium, beispielsweise aus Aluminiumstreckmetall oder aus einer Aluminiumfolie, eingesetzt. Auf der Seite der negativen Elektrode der Einzelzelle auf Lithium-Ionen-Basis werden als Stromkollektoren bevorzugt meist Netze oder Folien aus Kupfer verwendet.
Zur Herstellung der schichtförmigen Elektroden von Einzelzellen auf Lithium-Ionen-Basis werden aus meist pastenförmigen Zusammensetzungen, die ein geeignetes elektrochemisch aktives Material (kurz „Aktivmaterial“) umfassen, auf den Stromkollektoren dünne Elektrodenfilme gebildet. Für die Elektroden einer Einzelzelle auf Lithium-Ionen-Basis geeignete Aktivmaterialien müssen Lithium-Ionen aufnehmen und wieder abgeben können, die beim Laden bzw. Entladen von der negativen zur positiven Elektrode (und umgekehrt) wandern.
Als für negative Elektroden von Einzelzellen auf Lithium-Ionen-Basis geeignete Aktivmaterialien kommen insbesondere graphitischer Kohlenstoff oder zur Interkalation von Lithium befähigte nicht-graphitische Kohlenstoffmaterialien in Frage. Weiterhin können auch metallische und halbmetallische Materialien, die mit Lithium legierbar sind, zum Einsatz kommen. So sind beispielsweise die Elemente Zinn, Antimon und Silizium in der Lage, mit Lithium intermetallische Phasen zu bilden. Insbesondere können die kohlenstoffbasierten Aktivmaterialien mit den metallischen und/oder halbmetallischen Materialien auch kombiniert werden.
Für die positiven Elektroden von Einzelzellen auf Lithium-Ionen-Basis eignet sich insbesondere Lithiumkobaltoxid (LCO) mit der Summenformel LiCoO₂, Lithiumnickelmangancobaltoxid (NMC) mit der Summenformel LiNi_xMn_yCo_zO₂ (wobei x + y + z typischerweise 1 ist), Lithiummanganspinell (LMO) mit der Summenformel LiMn₂O₄, Lithiumeisenphosphat (LFP) mit der Summenformel LiFePO₄ oder Lithiumnickelcobaltaluminiumoxid (NCA) mit der Summenformel LiNi_xCo_yAl_zO₂ (wobei x + y + z typischerweise 1 ist). Auch Mischungen der genannten Materialien können eingesetzt werden.
In weiteren besonders bevorzugten Ausführungsformen zeichnet sich die erfindungsgemäße Miniaturbatterie durch mindestens eines der folgenden zusätzlichen Merkmale aus:

• Der erste und/oder der zweite elektrische Leiter bestehen aus einem Metall, insbesondere aus einer Metallfolie.
• Der erste und/oder der zweite elektrische Leiter sind als Streifen aus ausgebildet.
• Der erste und/oder der zweite elektrische Leiter weisen eine Dicke im Bereich von 0,05 mm bis 0,7 mm, bevorzugt im Bereich von 0,07 mm bis 0,3 mm, auf.
• Der erste und/oder der zweite elektrische Leiter weisen eine Breite im Bereich von 1 mm bis 15 mm, bevorzugt im Bereich von 5 mm bis 15 mm, auf.

Auch hier können die unmittelbar vorstehenden Merkmale unabhängig voneinander verwirklicht sein. Besonders bevorzugt sind sie allerdings in Kombination miteinander verwirklicht.
In aller Regel ist es bevorzugt, dass es sich bei dem ersten und/oder dem zweiten elektrischen Leiter um separate Bauteile handelt, die elektrisch mit den metallischen Stromkollektoren der Elektroden der elektrochemischen Zelle verbunden sind, beispielsweise mittels Verschweißung. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, dass als elektrische Leiter nicht mit Elektrodenmaterial beschichtete Teile der Stromkollektoren verwendet werden. Beispielsweise kann ein Stromkollektor eine nicht mit Elektrodenmaterial beschichtete Ableiterfahne aufweisen, die unmittelbar mit einem der metallischen Gehäuseteile verbunden ist, beispielsweise mittels Verschweißung. Alternativ kann ein Stromkollektor eine nicht mit Elektrodenmaterial beschichtete Ableiterfahne aufweisen, die als elektrischer Leiter durch das als Kunststoffteil ausgebildete Seitenteil aus dem Gehäuse herausgeführt ist.
Insbesondere wenn in dem Gehäuse der erfindungsgemäßen Miniaturbatterie als elektrochemische Zelle eine Zelle auf Lithium-Ionen-Basis angeordnet ist, ist die Miniaturbatterie durch mindestens eines der folgenden zusätzlichen Merkmale gekennzeichnet:

• Der erste, mit der positiven Elektrode verbundene elektrische Leiter besteht aus einer Metallfolie aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung.
• Der zweite, mit der negativen Elektrode verbundene elektrische Leiter besteht aus einer Metallfolie aus Kupfer oder aus einer Kupferlegierung.

Auch hier können die unmittelbar vorstehenden zusätzlichen Merkmale unabhängig voneinander verwirklicht sein. Besonders bevorzugt sind sie allerdings in Kombination miteinander verwirklicht.
Es ist grundsätzlich auch möglich, dass der erste und/oder der zweite elektrische Leiter aus einem mehrlagigen Metallverbund oder aus einer Metallfolie, die auf ihrer Außenseite galvanisch beschichtet ist, besteht. Beispielsweise kann es sich bei dem zweiten elektrischen Leiter um eine Metallfolie aus Kupfer handeln, deren Außenseite galvanisch mit Nickel beschichtet wurde.
In weiteren besonders bevorzugten Ausführungsformen zeichnet sich die erfindungsgemäße Miniaturbatterie durch mindestens eines der folgenden zusätzlichen Merkmale aus:

• Das als Kunststoffteil ausgebildete Seitenteil besteht aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff, bei dem es sich besonders bevorzugt um ein thermoplastisches Elastomer (TPE) handelt.
• Das als Kunststoffteil ausgebildete Seitenteil ist rechteckig ausgebildet und weist eine Länge im Bereich von 10 mm bis 100 mm und eine Breite im Bereich von 1,5 mm bis 5 mm auf.
• Das als Kunststoffteil ausgebildete Seitenteil weist eine Dicke im Bereich von 1 mm bis 7 mm auf.

Auch hier können die unmittelbar vorstehenden zusätzlichen Merkmale unabhängig voneinander verwirklicht sein. Besonders bevorzugt sind sie allerdings in Kombination miteinander verwirklicht.
Bei thermoplastischen Elastomeren handelt es sich um Kunststoffe, die sich bei Raumtemperatur vergleichbar den klassischen Elastomeren verhalten, sich jedoch unter Wärmezufuhr plastisch verformen lassen und somit ein thermoplastisches Verhalten zeigen. In der Regel wird dies realisiert, indem elastische Polymerketten in ein thermoplastisches Grundmaterial eingebunden werden, die diesem gummielastische Eigenschaften verleihen.
Mit besonderem Vorteil sind thermoplastische Elastomere schweißbar. Sie weisen hervorragende Dichtungseigenschaften auf.
Erfindungsgemäß können beispielsweise thermoplastische Elastomere auf Polyamidbasis (TPE-A oder TPA = thermoplastische Copolyamide), thermoplastische Elastomere auf Polyolefinbasis (TPE-O oder TPO = thermoplastische Elastomere auf Olefinbasis oder gegebenenfalls auch TPE-V oder TPV = thermoplastische Vulkanisate oder vernetzte thermoplastische Elastomere auf Olefinbasis) zum Einsatz kommen.
Besonders bevorzugt kommen thermoplastische Elastomere zum Einsatz, insbesondere olefinische TPE-V's und TPE-O's. die ein Haftvermittlersystem umfassen, das ihre Haftung auf Metalloberflächen verbessert. Geeignete Haftvermittlersysteme sind beispielsweise in der WO 2016/038089 A1 beschrieben.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann es sich bei dem elektrisch isolierenden Kunststoff auch um ein Polyphenylensulfid (PPS) oder um ein Polyetherketon (PEK), insbesondere um ein PEK, handeln.
Bei Polyetherketonen handelt es sich bekanntlich um hochtemperaturbeständige thermoplastische Kunststoffe. Die gebräuchlichsten Polyetherketone sind Polyaryletherketone (kurz: PAEK). Polyetherketone sind gegenüber fast allen organischen und anorganischen Chemikalien beständig. Empfindlich sind sie lediglich gegenüber UV-Strahlung sowie gegenüber stark sauren und oxidierenden Bedingungen, wie sie in der Regel in Batterien jedoch nicht anzutreffen sind.
Zu den bekanntesten und wichtigsten Vertretern von PEK zählt PEEK (Polyetheretherketon). PEEK wird vorliegend besonders bevorzugt eingesetzt.
Die Schmelztemperatur von PEEK liegt bei ca. 335 °C bis 345 °C. Es existieren diverse Abkömmlinge (z.B. PEEEK (Poly(etheretheretherketon)) und PEKK (Poly(etherketonketon))), welche geringfügig andere Schmelzpunkte aufweisen (z. B. PEKK ca. 391 °C oder PEEEK ca. 324 °C). Alle diese Abkömmlinge sind als Material für das Kunststoffteil geeignet.
Das als Kunststoffteil ausgebildete Seitenteil muss zwingend nicht über seine gesamte Fläche eine gleichbleibende Dicke aufweisen. Es kann beispielsweise auch einen U-förmigen Querschnitt aufweisen. Das ist beispielsweise der Fall, wenn das Seitenteil einen rechteckigen Boden und vier senkrecht auf dem Boden stehende Seitenwände aufweist. Die Seitenwände des Seitenteils stehen in diesem Fall bevorzugt in einem zweidimensionalen, flächigen Kontakt mit den an das als Kunststoffteil ausgebildete Seitenteil angrenzenden metallischen Gehäuseteilen.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform zeichnet sich die erfindungsgemäße Miniaturbatterie durch mindestens eines der folgenden zusätzlichen Merkmale aus:

• Das als Kunststoffteil ausgebildete Seitenteil weist mindestens eine Durchbrechung auf, durch die das Gehäuse mit einem Elektrolyt befüllt werden kann.
• Auf die Außenseite des als Kunststoffteil ausgebildeten Seitenteils ist eine metallische Diffusionssperre aufgebracht.
• Die Diffusionssperre ist eine Metallschicht, insbesondere in Form einer Metallfolie oder einer Metall-Kunststoff-Verbundfolie.
• Die mindestens eine Durchbrechung, durch die das Gehäuse mit einem Elektrolyt befüllt werden kann, ist durch die Diffusionssperre verschlossen.

Auch hier können die unmittelbar vorstehenden zusätzlichen Merkmale unabhängig voneinander verwirklicht sein. Besonders bevorzugt sind sie allerdings in Kombination miteinander verwirklicht.
Produktionsbedingt kann es von Vorteil sein, eine im Gehäuse der erfindungsgemäßen Miniaturbatterie angeordnete elektrochemische Zelle erst nach dem Schließen des Gehäuses mit einem Elektrolyten zu tränken. Dies kann durch die mindestens eine Durchbrechung erfolgen, bei der es sich in der Regel um ein einfaches Loch handelt. Anschließend muss das Loch verschlossen werden. Dies kann insbesondere mittels der metallischen Diffusionssperre geschehen.
Der Verschluss der mindestens einen Durchbrechung kann beispielsweise mittels eines Klebe- oder Siegelpads erfolgen. Gegebenenfalls erfolgt der Verschluss auch erst nach der Formation der erfindungsgemäßen Miniaturbatterie.
Die Diffusionssperre soll einer Diffusion von Wasserdampf und Luft in das Gehäuse und einer Diffusion von flüssigem Elektrolytbestandteil aus dem Gehäuse entgegenwirken. Dient die Diffusionssperre zum Verschließen der mindestens einen Durchbrechung, so kann sie jedoch gleichzeitig als Sicherheitsventil in Form einer Berstmembran dienen.
Als Diffusionssperre kann beispielsweise eine Aluminiumfolie oder eine mehrlagige Verbundfolie mit einer beidseitig von Kunststofflagen umgebenen Lage aus Aluminium dienen. Ein Beispiel für eine geeignete Verbundfolie ist eine mehrlagige Verbundfolie mit der Sequenz Polyamid / Aluminium / Polyethylen. Die Folien können auf die Außenseite des als Kunststoffteil ausgebildeten Seitenteils beispielsweise aufkaschiert werden.
In besonders bevorzugten Ausführungsformen deckt die Diffusionssperre die Außenseite des als Kunststoffteil ausgebildeten Seitenteils vollständig ab.
Gemäß der Erfindung erfolgt die Herstellung der erfindungsgemäßen sekundären Miniaturbatterie bevorzugt gemäß einem Verfahren mit den folgenden Schritten:

• Bereitstellung des ersten und/oder des zweiten elektrischen Leiters.
• Bereitstellung der Zelle mit der positiven Elektrode und der negativen Elektrode.
• Bildung des als Kunststoffteil ausgebildete Seitenteils aus einem flüssigen Kunststoff oder aus einem Kunststoffvorläufer in einem Werkzeug, in dem der erste und/oder der zweite elektrische Leiter derart positioniert wird, dass ein nicht endständiger Abschnitt des oder der Leiter mit dem Kunststoff oder dem Kunststoffvorläufer in Kontakt tritt und von diesem umschlossen wird, und zwei endständige Abschnitte des oder der Leiter nicht mit dem Kunststoff oder dem Kunststoffvorläufer in Kontakt treten.
• Bildung einer elektrischen Verbindung zwischen der positiven und/oder der negativen Elektrode und dem ersten und/oder dem zweiten elektrischen Leiter.
• Einsetzen der Zelle in ein offenes Gehäuse umfassend als Gehäuseteile aus dem Metall oder aus der Metalllegierung das erste und das zweite Basisteil sowie drei der vier Seitenteile.
• Zum Schließen des Gehäuses Ausbilden einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem als Kunststoffteil ausgebildeten Seitenteil und den an es angrenzenden Gehäuseteilen aus dem Metall oder aus der Metalllegierung.

Besonders bevorzugt erfolgt die Bildung der elektrischen Verbindung zwischen der positiven und/oder der negativen Elektrode und dem ersten und/oder dem zweiten elektrischen Leiter nach der Bildung des Kunststoffteils. Die Bildung der elektrischen Verbindung erfolgt bevorzugt durch Verschweißung.
Wie oben dargelegt, wird die Zelle bevorzugt in den prismatischen Becher aus den zwei Basisteilen und den drei Seitenteilen eingesetzt. Es ist weiterhin bevorzugt, dass der erste und der zweite elektrische Leiter beide in dem Werkzeug auf die beschriebene Weise positioniert werden, so dass im Ergebnis beide Leiter durch das als Kunststoffteil ausgebildete Seitenteil geführt sind.
Es ist auch denkbar, dass zwei als Kunststoffteil ausgebildete Seitenteile auf die beschriebene Weise gebildet werden, wobei der erste elektrische Leiter durch eines der zwei als Kunststoffteil ausgebildete Seitenteile und der zweite elektrische Leiter durch das andere der zwei als Kunststoffteil ausgebildete Seitenteile geführt ist. In diesem Fall ist es bevorzugt, dass nach der Bildung der elektrischen Verbindung zwischen der positiven Elektrode und dem ersten elektrischen Leiter und der negativen Elektrode und dem zweiten elektrischen Leiter die Zelle in ein offenes Gehäuse umfassend als Gehäuseteile aus dem Metall oder aus der Metalllegierung das erste und das zweite Basisteil sowie zwei der vier Seitenteile eingesetzt wird. Hier kommt also bevorzugt ein an zwei Seiten offener prismatischer Becher zum Einsatz. Zum Verschließen des Gehäuses werden die als Kunststoffteil ausgebildeten Seitenteile mit den jeweils angrenzenden, aus dem Metall oder aus der Metalllegierung bestehenden Gehäuseteilen stoffschlüssig verbunden.
Die Ausbildung der stoffschlüssigen Verbindung erfolgt besonders bevorzugt mittels Induktion oder mittels Verschweißung.
Bei der Ausbildung der stoffschlüssigen Verbindung mittels Induktion ist es bevorzugt, dass die Gehäuseteile aus dem Metall oder aus der Metalllegierung zumindest bereichsweise induktiv so stark erwärmt werden, dass das als Kunststoffteil ausgebildete Seitenteil in Kontaktbereichen aufschmilzt. Beim anschließenden Abkühlen kommt es zur Bildung der stoffschlüssigen Verbindung.
Induktives Erwärmen elektrisch leitfähiger Körper ist ein bekannter Vorgang, bei dem Metalle durch in ihnen erzeugte Wirbelstromverluste bei in der Regel hohem Wirkungsgrad erwärmt werden. Vorliegend werden alle Gehäuseteile aus dem Metall oder aus der Metalllegierung durch in ihnen erzeugte Wirbelströme erwärmt. Die erwärmten Gehäuseteile erhitzen dann wiederum in den Kontaktbereichen das als Kunststoffteil ausgebildete Seitenteil bis es schmilzt.
Erfolgt die Ausbildung der stoffschlüssigen Verbindung mittels Verschweißung, so ist eine Ultraschallverschweißung oder eine Verschweißung mittels eines Lasers bevorzugt.
Besonders bevorzugt umfasst das erfindungsgemäße Verfahren mindestens einen der folgenden zusätzlichen Schritte:

• Das als Kunststoffteil ausgebildete Seitenteil wird entweder mit der Durchbrechung gebildet oder die Durchbrechung wird in das Seitenteil nach seiner Bildung eingebracht.
• Das Gehäuse wird durch die Durchbrechung mit dem Elektrolyten befüllt.
• Die Durchbrechung wird verschlossen.

Wie oben dargelegt, kann es von Vorteil sein, eine im Gehäuse der erfindungsgemäßen Miniaturbatterie angeordnete elektrochemische Zelle erst nach dem Schließen des Gehäuses mit einem Elektrolyten zu tränken. Dies ist insbesondere dann wichtig, wenn es sich bei der herzustellenden Miniaturbatterie um eine Miniaturbatterie auf Lithium-Ionen-Basis handelt. Batterien auf Lithium-Ionen-Basis enthalten in aller Regel einen brennbare organische Bestandteile umfassenden, verdampfbaren Elektrolyten, beispielsweise eine Mischung organischer Carbonate als Lösungsmittel.
Die Durchbrechung kann entweder gleichzeitig mit dem als Kunststoffteil ausgebildeten Seitenteil gebildet werden oder aber nach dessen Bildung in das Kunststoffteil eingebracht werden, beispielsweise durch eine Bohrung.
Das Verschließen der Durchbrechung erfolgt in Analogie zu obigen Ausführungen bevorzugt, indem die Diffusionssperre auf die Außenseite des als Kunststoffteil ausgebildeten Seitenteils aufgebracht wird.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der Zusammenfassung, deren beider Wortlaut durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht wird, der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung sowie anhand der Zeichnung. Hierbei zeigen schematisch

1 eine Illustration einer ersten Ausführungsform einer Miniaturbatterie gemäß der Erfindung in einer Draufsicht schräg von vorne;
2 eine Illustration einer zweiten Ausführungsform einer Miniaturbatterie gemäß der Erfindung in einer Draufsicht schräg von vorne sowie eine Ausführungsform einer Diffusionssperre gemäß der Erfindung;
3 eine Illustration einer dritten Ausführungsform einer Miniaturbatterie gemäß der Erfindung in einer Draufsicht schräg von vorne sowie eine weitere Ausführungsform einer Diffusionssperre gemäß der Erfindung; und
4 eine Illustration einer Ausführungsforme des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer sekundären Miniaturbatterie gemäß der Erfindung.

Die in 1 dargestellte Miniaturbatterie 100 umfasst ein prismatisches Gehäuse 101, das insgesamt sechs Gehäuseteile umfasst. Fünf der Gehäuseteile bestehen aus einem dünnen Metallblech. Es handelt sich hierbei um das Basisteil 102, das nicht sichtbare, die Rückseite des Gehäuses 101 bildende, parallel zum Basisteil 102 angeordnete Basisteil 103 sowie weiterhin um die Seitenteile 104, 105 und 107 (wobei die Seiten 105 und 107 ebenfalls nicht sichtbar sind).
Eines der Gehäuseteile, das Seitenteil 106, ist als Kunststoffteil ausgebildet und mit den an es angrenzenden metallischen Gehäuseteilen 102, 103, 104 und 105 stoffschlüssig verbunden.
In dem Gehäuse 101 ist eine (hier nicht sichtbare) elektrochemische Zelle 108 angeordnet, die mindestens eine positive Elektrode 109 und mindestens eine negative Elektrode 110 aufweist. Die mindestens eine positive Elektrode 109 ist mit dem elektrischen Leiter 111 verbunden. Die mindestens eine negative Elektrode 110 ist mit dem elektrischen Leiter 112 verbunden. Die beiden Leiter 111 und 112 sind durch das als Kunststoffteil ausgebildete Seitenteil 106 aus dem Gehäuse 101 herausgeführt.
Das als Kunststoffteil ausgebildete Seitenteil 106 weist die Durchbrechung 114 auf, durch die das Gehäuse 101 mit einem Elektrolyt befüllt werden kann. Die Durchbrechung kann mittels eines Abklebers aus einer Metall/Kunststoff-Verbundfolie verschlossen werden. Ein solcher Abkleber kann die Funktion einer Berstmembran übernehmen und somit als Sicherheitsventil dienen.
Die dargestellte Miniaturbatterie 100 weist eine ausgesprochen geringe Dicke (kürzester Abstand zwischen einem Punkt auf der Außenseite des Basisteils 102 und einem Punkt auf der Außenseite des nicht sichtbaren Basisteils 103) von lediglich 4 mm auf. Ihre Höhe (kürzester Abstand zwischen einem Punkt auf der Außenseite des Seitenteils 106 und einem Punkt auf der Außenseite des Seitenteils 107) beträgt 40 mm und ihre Breite (kürzester Abstand zwischen einem Punkt auf der Außenseite des Seitenteils 105 und einem Punkt auf der Außenseite des Seitenteils 104) beträgt lediglich 30 mm. Die beiden Basisteile 102 und 103 und die metallischen Seitenteile 104 und 105 weisen jeweils eine Dicke im Bereich von 0,12 bis 0,4 mm auf. Das Seitenteil 107 weist eine Dicke im Bereich von 0,15 bis 0,5 mm auf.
Die ein dem Gehäuse 101 enthaltene elektrochemische Zelle ist eine Lithium-Ionen-Zelle. Aufgrund der geringen Gehäusedimensionen weist sie eine Nennkapazität von deutlich unter 1000 mAh auf.
Die in 2 dargestellte Ausführungsform einer Miniaturbatterie 100 unterscheidet sich in der in 1 dargestellten Ausführungsform lediglich darin, dass die Außenseite des Seitenteils 106 mit einer Diffusionssperre 115 abgedeckt ist. Bei der Diffusionssperre 115 (siehe separate Darstellung) handelt es sich um eine Aluminiumfolie, die mit Hilfe eines Haftklebers auf die Außenseite des Seitenteils 106 aufkaschiert wurde. Die Diffusionssperre 115 weist die Ausnehmungen 115a und 115b auf, die groß genug sind, dass die elektrischen Leiter 111 und 112 hindurch geführt werden können ohne mit der Diffusionssperre 115 in Kontakt zu treten. Hierdurch wird ein Kurzschluss zwischen den elektrischen Leitern 111 und 112 unterbunden. Die Diffusionssperre 115 überdeckt weiterhin auch die Durchbrechung 114, die entsprechend hier nicht sichtbar ist. diese kann ebenfalls die Funktion einer Berstmembran wahrnehmen.
Die in 3 dargestellte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Miniaturbatterie unterscheidet sich von der in 2 dargestellten Ausführungsform lediglich darin, dass die Diffusionssperre 115 überdimensioniert ist. Sie kann über die das Seitenteil 106 begrenzenden Kanten umgeschlagen werden und bedeckt somit auch einen streifenförmigen Teilbereich der Basisteile 102 und 103 sowie der Seitenteile 104 und 105.
Die Herstellung der in den 1 bis 3 dargestellten Miniaturbatterien wird anhand von 4 illustriert. Zunächst wird hierzu das offene prismatische Gehäuse 113 bereitgestellt. Dieses umfasst die bereits erwähnten Basisteile 102 und 103 sowie die Seitenteile 104, 105 und 107. Das Innere des offenen Gehäuses 113 ist über die rechteckige Öffnung 113a zugänglich, deren Öffnungsfläche exakt der Fläche des Seitenteils 107 entspricht.
Zum Schließen der Öffnung 113a wird das als Kunststoffteil ausgebildete Seitenteil 106 bereitgestellt, das als Spritzgussteil um die elektrischen Leiter 111 und 112 herum gebildet wurde. Die Leiter 111 und 112 weisen jeweils endständig freie Kontaktabschnitte 111b und 111c sowie 112b und 112c auf sowie die nicht endständigen Abschnitte 111a und 112a, die unmittelbar mit dem Kunststoffmaterial des Gehäuseteils 106 in Kontakt stehen.
Die elektrochemische Zelle 108 umfasst die negative Elektrode 110 sowie die (nicht sichtbare) positive Elektrode 109. Jede der Elektroden weist eine metallische Kollektorfahne auf. So ist die negative Elektrode 110 mit der Kollektorfahne 110a und die positive Elektrode 109 mit der Kollektorfahne 109a ausgestattet. Über diese Kollektorfahnen kann die elektrochemische Zelle in einem weiteren Schritt mit den durch das Gehäuseteil 106 geführten Ableitern 111 und 112 verbunden werden. Bevorzugt erfolgt dies durch Verschweißung der Kollektorfahnen 109a und 110a mit den endständigen Abschnitten 111c und 112c.
Das dabei entstehende Zwischenprodukt aus der elektrochemischen Zelle 108 und dem Gehäuseteil 106 wird in dem offenen Gehäuse 113 verbaut. Hierzu wird die elektrochemische Zelle in das Gehäuseinnere geschoben bis das Seitenteil 106 die rechteckige Öffnung 113a ausfüllt. Um einen flüssigkeitsdichten Verschluss zu gewährleisten, wird anschließend das Gehäuseteil 106 mit den unmittelbar an es angrenzenden Gehäuseteilen 102, 103, 104 und 105 stoffschlüssig verbunden, bevorzugt indem diese mittels Induktion so hoch erwärmt werden, dass das Gehäuseteil 106 in den Kontaktbereichen schmilzt.
Anschließend kann das Gehäuse mit Elektrolyt durch die Durchbrechung 114 befüllt werden. Zum Verschließen der Durchbrechung 114 kann beispielsweise eine der in 2 oder 3 dargestellten Diffusionssperren auf die Außenseite des Gehäuseteils 106 aufkaschiert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2016/038089 A1 [0044]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Normen IEC/EN 61951-1 [0015]
IEC/EN 60622 [0015]
Norm IEC/EN 61951-2 [0015]
Norm IEC/EN 61960 [0015]
Norm IEC/EN 61056-1 [0015]

Claims

Sekundäre Miniaturbatterie (100) mit einer Nennkapazität ≤ 1000 mAh mit den folgenden Merkmalen: a. Die Miniaturbatterie (100) umfasst ein flüssigkeitsdicht verschlossenes Gehäuse (101), b. das Gehäuse (101) umfasst als Gehäuseteile ein erstes und ein zweites Basisteil (102, 103), c. die beiden Basisteile (102, 103) weisen jeweils eine ins Innere des Gehäuses (101) gerichtete Innenseite und eine nach außen weisende Außenseite auf, d. die beiden Basisteile (102, 103) sind parallel zueinander angeordnet, e. der kürzeste Abstand zwischen einem Punkt auf der Außenseite des ersten Basisteils (102) und einem Punkt auf der Außenseite des zweiten Basisteils (103) beträgt lediglich 1,5 mm bis 5 mm, f. das Gehäuse (101) umfasst als Gehäuseteile vier die beiden Basisteile (102, 103) verbindende Seitenteile (104, 105, 106, 107), g. jedes der Seitenteile (104, 105, 106, 107) weist eine ins Innere des Gehäuses (101) gerichtete Innenseite und eine nach außen weisende Außenseite auf, h. jedes der Seitenteile (104, 105, 106, 107) grenzt unmittelbar an das erste und das zweite Basisteil (102, 103) an, i. jedem der Seitenteile (104, 105, 106, 107) sind zwei unmittelbar angrenzende Seitenteile zugeordnet, j. jedem der Seitenteile (104, 105, 106, 107) ist ein nicht unmittelbar angrenzendes Seitenteil zugeordnet, das parallel zu ihm angeordnet ist, k. in dem Gehäuse (101) ist eine elektrochemische Zelle (108) mit einer positiven Elektrode (109) und einer negativen Elektrode (110) angeordnet, l. die Miniaturbatterie (100) umfasst einen ersten elektrischen Leiter (111), der elektrisch mit der positiven Elektrode (109) verbunden ist, m. die Miniaturbatterie umfasst einen zweiten elektrischen Leiter (112), der elektrisch mit der negativen Elektrode (110) verbunden ist, n. eines der Seitenteile (106) ist als Kunststoffteil ausgebildet und mit den an es angrenzenden Gehäuseteilen (102, 103, 104 und 105) stoffschlüssig verbunden, o. die an das als Kunststoffteil ausgebildete Seitenteil (106) angrenzenden Gehäuseteile (102, 103, 104 und 105) bestehen aus einem Metall oder aus einer Metalllegierung, p. der erste elektrische Leiter (111) und/oder der zweite elektrische Leiter (112) ist oder sind durch das als Kunststoffteil ausgebildete Seitenteil (106) aus dem Gehäuse (101) herausgeführt.
Miniaturbatterie (100) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die folgenden zusätzlichen Merkmale: a. Die beiden Basisteile (102, 103) und drei der Seitenteile (104, 105, 107) sind aus dem Metall oder der Metalllegierung ausgebildet. b. Die beiden Basisteile (102, 103) sind jeweils rechteckig ausgebildet und weisen jeweils eine Länge im Bereich von 20 mm und 100 mm und eine Breite im Bereich von 10 mm bis 100 mm auf. c. Die beiden Basisteile (102, 103) weisen jeweils eine Dicke im Bereich von 0,1 mm bis 0,4 mm auf. d. Die drei Seitenteile (104, 105, 107) sind rechteckig ausgebildet und weisen jeweils eine Länge im Bereich von 10 mm bis 100 mm und eine Breite im Bereich von 1,5 mm bis 5 mm auf. e. Die drei Seitenteile (104, 105, 107) weisen jeweils eine Dicke im Bereich von 0,1 mm bis 0,5 mm auf. f. Die aus dem Metall oder der Metalllegierung ausgebildeten Basisteile (102, 103) und Seitenteile (104, 105, 107) des Gehäuses (101) bilden einen prismatischen Gehäusebecher (113) mit einer rechteckigen Öffnung (113a), die durch das als Kunststoffteil ausgebildete Seitenteil (106) verschlossen ist.
Miniaturbatterie (100) nach Anspruch 1 oder nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die folgenden zusätzlichen Merkmale: a. Der erste elektrische Leiter (111) und/oder der zweite elektrische Leiter (112) bestehen aus einem Metall, insbesondere aus einer Metallfolie. b. Der erste elektrische Leiter (111) und/oder der zweite elektrische Leiter (112) sind als Streifen aus ausgebildet. c. Der erste elektrische Leiter (111) und/oder der zweite elektrische Leiter (112) weisen eine Dicke im Bereich von 0,05 mm bis 0,7 mm, bevorzugt im Bereich von 0,07 mm bis 0,3 mm, auf. d. Der erste elektrische Leiter (111) und/oder der zweite elektrische Leiter (112) weisen eine Breite im Bereich von 1 mm bis 15 mm, bevorzugt im Bereich von 5 mm bis 15 mm, auf.
Miniaturbatterie (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die folgenden zusätzlichen Merkmale: a. Der erste, mit der positiven Elektrode (109) verbundene elektrische Leiter (111) besteht aus einer Metallfolie aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung. b. Der zweite, mit der negativen Elektrode (110) verbundene elektrische Leiter (112) besteht aus einer Metallfolie aus Kupfer oder aus einer Kupferlegierung.
Miniaturbatterie (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die folgenden zusätzlichen Merkmale: a. Das als Kunststoffteil ausgebildete Seitenteil (106) besteht aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff, bei dem es sich besonders bevorzugt um ein thermoplastisches Elastomer (TPE) handelt. b. Das als Kunststoffteil ausgebildete Seitenteil (106) ist rechteckig ausgebildet und weist eine Länge im Bereich von 10 mm bis 100 mm und eine Breite im Bereich von 1,5 mm bis 5 mm auf. c. Das als Kunststoffteil ausgebildete Seitenteil (106) weist eine Dicke im Bereich von 1 mm bis 7 mm auf.
Miniaturbatterie (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch das folgende zusätzliche Merkmal: a. Das als Kunststoffteil ausgebildete Seitenteil (106) weist mindestens eine Durchbrechung (114) auf, durch die das Gehäuse (101) mit einem Elektrolyt befüllt werden kann.
Miniaturbatterie (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die folgenden zusätzlichen Merkmale: a. Auf die Außenseite des als Kunststoffteil ausgebildeten Seitenteils (106) ist eine metallische Diffusionssperre (115) aufgebracht. b. Die Diffusionssperre (115) ist eine Metallschicht, insbesondere in Form einer Metallfolie oder einer Metall-Kunststoff-Verbundfolie. c. Die mindestens eine Durchbrechung (114), durch die das Gehäuse (101) mit einem Elektrolyt befüllt werden kann, ist durch die Diffusionssperre (115) verschlossen. d. Die Diffusionssperre (115) deckt die Außenseite des als Kunststoffteil ausgebildeten Seitenteils (106) vollständig ab.
Verfahren zur Herstellung einer sekundären Miniaturbatterie (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche mit den Schritten a. Bereitstellung des ersten elektrischen Leiters (111) und/oder des zweiten elektrischen Leiters (112), b. Bereitstellung der elektrochemischen Zelle (108) mit der positiven Elektrode (109) und der negativen Elektrode (110), c. Bildung des als Kunststoffteil ausgebildete Seitenteils (106) aus einem flüssigen Kunststoff oder aus einem Kunststoffvorläufer in einem Werkzeug, in dem der erste elektrische Leiter (111) und/oder der zweite elektrische Leiter (112) derart positioniert wird, dass ein nicht endständiger Abschnitt (111a, 112a) des oder der Leiter (111, 112) mit dem Kunststoff oder dem Kunststoffvorläufer in Kontakt tritt und von diesem umschlossen wird, und zwei endständige Abschnitte (111b, 111c; 112b, 112c) des oder der Leiter (111, 112) nicht mit dem Kunststoff oder dem Kunststoffvorläufer in Kontakt treten, d. Bildung einer elektrischen Verbindung zwischen der positiven Elektrode (109) und/oder der negativen Elektrode (110) und dem ersten elektrischen Leiter (111) und/oder dem zweiten elektrischen Leiter (112), e. Einsetzen der Zelle (108) in ein offenes Gehäuse (113) umfassend als Gehäuseteile aus dem Metall oder aus der Metalllegierung das erste und das zweite Basisteil (102, 103) sowie drei der vier Seitenteile (104, 105, 107), und f. Zum Schließen des offenen Gehäuses (113) Ausbilden einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem als Kunststoffteil ausgebildeten Seitenteil (106) und den an es angrenzenden Gehäuseteilen (102, 103, 104, 105) aus dem Metall oder aus der Metalllegierung.
Verfahren nach Anspruch 8 mit den folgenden zusätzlichen Schritten: a. Das als Kunststoffteil ausgebildete Seitenteil (106) wird entweder mit der Durchbrechung (114) gebildet oder die Durchbrechung (114) wird in das Seitenteil (106) nach seiner Bildung eingebracht. b. Das Gehäuse (101) wird durch die Durchbrechung (114) mit dem Elektrolyten befüllt. c. Die Durchbrechung (114) wird verschlossen.
Verfahren nach Anspruch 8 oder Anspruch 9 mit den folgenden zusätzlichen Schritten: a. Die Diffusionssperre (115) wird auf die Außenseite des als Kunststoffteil ausgebildeten Seitenteils (106) aufgebracht.